CN104063292A - 一种在轨可重构方法 - Google Patents

Abstract

由于SRAM型FPGA在轨容易发生单粒子翻转，而反熔丝型FPGA具有内部资源少、可靠性高、适用于在轨控制的优势，因此本发明提出一种基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法，该方法组合反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA进行在轨重构，利用反熔丝型FPGA接收地面上传的重构数据，对SRAM型FPGA进行功能重构，既能确保SRAM型FPGA的稳定可靠工作，又能适应航天器的在轨更新和维护性需求。

Description

一种在轨可重构方法

技术领域

本发明属于航天在轨技术领域，尤其涉及一种基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法。

背景技术

目前FPGA在航天领域得到越来越广泛的应用，航天器主要采用反熔丝型和SRAM型两种类型的FPGA。

反熔丝型FPGA优点是具有非易失性，无需配置芯片，无配置电流要求，上电即可运行，缺点是内部资源少，不满足复杂系统的运算、控制需求，且由于本身特性，不可重复编程，不能满足在轨重构的要求。SRAM型FPGA优点是内部资源丰富，可重复编程，但由于其功能实现依赖其内部的配置数据，在空间辐射环境中工作易受到单粒子翻转的影响，单粒子翻转会导致SRAM型FPGA的配置单元中发生位翻转，从而导致系统错误，严重时会损伤器件。

近年来随着FPGA产品规模的不断扩大和集成度的不断提高，特别是基于SRAM型的FPGA具有可重复编程的特性使其能够进行在轨更新和维护，因而这种FPGA被越来越多地应用于航天领域。另外由于航天产品对可靠性的特殊要求，所以如何在实现在轨可重构功能的同时提高FPGA的故障容错能力变得越来越重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法，该方法能确保SRAM型FPGA的稳定可靠工作，适应航天器的在轨更新和维护性需求。

本发明的基于反熔丝型FPGA的SRAM型FPGA在轨可重构方法，其包括：

步骤1，反熔丝型FPGA接收到天地通讯接口上传的重构指令后，在轨航天器进入重构模式，反熔丝型FPGA暂停对SRAM型FPGA的定时刷新工作，控制重构存储器的擦除，为存储重构数据做准备；

步骤2，反熔丝型FPGA接收到天地通讯接口上传的重构数据后，进行数据格式的解析和转换获得重构数据，反熔丝型FPGA的存储逻辑将解析正确的重构数据写入到重构存储器，并进行三备份；

步骤3，反熔丝型FPGA控制SRAM型FPGA的模块配置引脚，使其工作在被动并行配置方式，此时SRAM型FPGA受控于反熔丝型FPGA进入被动并行配置模式，正常工作暂停；

步骤4，反熔丝型FPGA启动重构过程，按照重构存储器的读时序要求读取存储的配置数据，并进行三取二比较，三备份中相同的两份活三份为正确数据，将比对后的正确数据转换成标准的配置格式数据并按照被动并行接口所需的时序向SRAM型FPGA写入，在重构配置过程中，反熔丝型FPGA实时采集SRAM型FPGA的配置状态信号，以监控配置电路的工作状态；

步骤5，反熔丝型FPGA完成对SRAM型的重构配置，且监控到SRAM型FPGA的配置完成状态后，输出复位信号至SRAM型FPGA，SRAM型FPGA对内部寄存器进行初始化操作后进入正常工作模式；

步骤6，在正常工作模式下，反熔丝型FPGA在不中断SRAM型FPGA正常工作的情况下，向SRAM型FPGA的配置存储区循环反复写入正确的配置数据，使配置区发生的错误能及时得到纠正。

本发明的有益效果在于：

由于SRAM型FPGA在轨容易发生单粒子翻转，而反熔丝型FPGA具有内部资源少、可靠性高、适用于在轨控制的优势，因此组合反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA，利用反熔丝型FPGA接收地面上传的重构数据，对SRAM型FPGA进行功能重构，既能确保SRAM型FPGA的稳定可靠工作，又能适应航天器的在轨更新和维护性需求。

附图说明

图1是本发明的基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法示意图；

图2是本发明的基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法的刷新工作示意图。

具体实施方式

由于反熔丝型FPGA内部资源少，可靠性高，适用于在轨控制，而SRAM型FPGA抗较低，资源丰富，适用于在轨复杂功能的实现。因此能使用反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的组合实现系统在轨功能的重构。由反熔丝型FPGA实现天地通讯接口和重构功能，接收地面上传的重构数据，对SRAM型FPGA进行功能重构，以适应航天器在轨更新和维护性需求。该技术可同时满足在轨航天器对FPGA的功能复杂性要求和在轨可重构要求。

FPGA在轨可重构技术来源于导航二代二期数据处理与路由单元任务。该设备应用于综合电子分系统。其中的星间链路模块使用了该技术。

反熔丝型FPGA使用的是A54SX72A-CQ208，典型门数72,000门，工作时钟频率可达250MHz，内核供电为是2.5V，I/O供电兼容3.3V和5V。

SRAM型的FPGA使用XQR2V3000-4CG717，系统门数300万门，工作时钟频率可达420MHz，内核供电1.5V，I/O供电3.3V，支持20多种I/O接口标准。

重构存储器使用的是29LV400，16位NOR型FLASH，存储空间。天地通讯接口采用同步RS422接口。

图1是本发明的基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法示意图；如图1所示，实现重构的步骤：

1)反熔丝型FPGA接收到天地通讯接口上传的重构指令后，系统进入重构模式，反熔丝型FPGA暂停对SRAM型FPGA的定时刷新工作，控制重构存储器的擦除，为存储重构数据做准备。如图2所示。

2)反熔丝型FPGA接收到天地通讯接口上传的重构数据后，进行数据格式的解析和转换，反熔丝型FPGA的存储逻辑将解析正确的重构数据写入到重构存储器，并进行三备份。

3)反熔丝型FPGA控制SRAM型FPGA的模块配置引脚，使其工作在被动并行配置方式。此时SRAM型FPGA受控于反熔丝型FPGA进入被动并行配置模式，正常工作暂停。

4)反熔丝型FPGA启动重构过程，按照重构存储器的读时序要求读取存储的配置数据，并进行三取二比较，将比对后的正确数据转换成标准的配置格式数据并按照被动并行接口所需的时序向SRAM型FPGA写入。在重构配置过程中，反熔丝型FPGA实时采集SRAM型FPGA的配置状态信号，以监控配置电路的工作状态。

5)反熔丝型FPGA完成对SRAM型的重构配置，且监控到SRAM型FPGA的配置完成状态后，输出复位信号至SRAM型FPGA。SRAM型FPGA对内部寄存器进行初始化操作后进入正常工作模式。

6)正常工作模式下，为防止SRAM型FPGA配置存储区发生单粒子翻转，反熔丝型FPGA在不中断SRAM型FPGA正常工作的情况下，向SRAM型FPGA的配置存储区循环反复写入正确的配置数据，确保配置区发生的错误能及时得到纠正。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于反熔丝型FPGA和SRAM型FPGA的在轨可重构方法，其特征在于，包括：

步骤1，反熔丝型FPGA接收到天地通讯接口上传的重构指令后，在轨航天器进入重构模式，反熔丝型FPGA暂停对SRAM型FPGA的定时刷新工作，控制重构存储器的擦除，为存储重构数据做准备；

步骤2，反熔丝型FPGA接收到天地通讯接口上传的重构数据后，进行数据格式的解析和转换获得重构数据，反熔丝型FPGA的存储逻辑将解析正确的重构数据写入到重构存储器，并进行三备份；

步骤3，反熔丝型FPGA控制SRAM型FPGA的模块配置引脚，使其工作在被动并行配置方式，此时SRAM型FPGA受控于反熔丝型FPGA进入被动并行配置模式，正常工作暂停；

步骤4，反熔丝型FPGA启动重构过程，按照重构存储器的读时序要求读取存储的配置数据，并进行三取二比较，三备份中相同的两份活三份为正确数据，将比对后的正确数据转换成标准的配置格式数据并按照被动并行接口所需的时序向SRAM型FPGA写入，在重构配置过程中，反熔丝型FPGA实时采集SRAM型FPGA的配置状态信号，以监控配置电路的工作状态；

步骤5，反熔丝型FPGA完成对SRAM型的重构配置，且监控到SRAM型FPGA的配置完成状态后，输出复位信号至SRAM型FPGA，SRAM型FPGA对内部寄存器进行初始化操作后进入正常工作模式；

步骤6，在正常工作模式下，反熔丝型FPGA在不中断SRAM型FPGA正常工作的情况下，向SRAM型FPGA的配置存储区循环反复写入正确的配置数据，使配置区发生的错误能及时得到纠正。